Tribologie
Untersuchungen
Tribologische Untersuchungen dienen der Analyse und Optimierung von Reibungs-, Verschleiß- und Schmierungsprozessen zwischen beweglichen Oberflächen. Diese Untersuchungen sind entscheidend für das Verständnis und die Verbesserung der Lebensdauer, Effizienz und Zuverlässigkeit von Maschinen und Bauteilen. Tribologie, als Wissenschaft der Reibung, des Verschleißes und der Schmierung, hat Anwendungen in vielen Bereichen, darunter Maschinenbau, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Energieerzeugung und Medizintechnik.
Wir führen als Steinbeis-Transferzentrum Tribologische Untersuchungen als Dienstleistung durch.
Untersuchungsmethoden
REIBUNGSKOEFFIZIENT
Um den Reibungskoeffizienten zu bestimmen wird ein Prüfkörper mit einer definierten Normalkraft auf einen Grundkörper gedrückt und relativ zu diesem translatorisch oder rotatorisch bewegt wird. Dabei wird die Tangentialkraft (Reibungskraft) gemessen. Aus dem Verhältnis dieser zur Normalkraft wird der Reibwert bestimmt. Der Reibwert, auch Reibungskoeffizient genannt, gibt an, wie groß der Widerstand ist, wenn zwei Bauteile unter Last relativ zueinander bewegt werden. Es gibt verschiedene Methoden zur Ermittlung und verschiedene tribologische Prüfstände dazu.
Um die Reibwerte von Schrauben zu bestimmen, erfolgt eine Prüfung nach den entsprechenden Normen. Dabei wird der Reibwert von Gewinde und Kopf- bzw. Mutterauflage bestimmt.
VERSCHLEISSPRÜFUNG
Die Verschleißprüfung dient der Untersuchung der Verschleißbeständigkeit von Werkstoffen, Beschichtungen oder Bauteilen. Die Verschleißfestigkeit von Bauteilen, also die Fähigkeit eines Materials, mechanischen Abrieb oder Verschleiß zu widerstehen, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Diese können in materialbezogene, oberflächenbezogene, betriebsbezogene und umgebungsbezogene Aspekte unterteilt werden. Zur Verschleißprüfung wird ein Prüfkörper mit einer definierten Normalkraft translatorisch oder rotatorisch über einen Grundkörper bewegt und nach einer bestimmten Anzahl von Lastwechseln der Verschleiß messtechnisch bestimmt.
RAUHEITSMESSUNG
Die Rauheitsmessung dient dazu die Unregelmäßigkeiten der Mikrostruktur einer Oberfläche zu bewerten. Diese werden in feine und grobe Strukturen unterteilt, die je nach Größenordnung als Rauheit, Welligkeit und Ebenheit bezeichnet werden. Sie beeinflussen in unterschiedlicher Weise das Funktionsverhalten einer Bauteiloberfläche. Die Strukturen einer Oberfläche werden durch 2D-Profilkenngrößen des Tastschnittverfahrens und über 3D-Oberflächenkenngrößen aus optischen Messverfahren quantitativ bewertet.
HÄRTEPRÜFUNG
Die Härteprüfung ist eines der am häufigsten verwendeten Prüfverfahren der Materialprüfung. Bei der Härteprüfung wird die Härte als Eindringwiderstand gegen einen Prüfkörper bestimmt. Als Messgröße für die Makrohärte dient verfahrensabhängig die Größe des bleibenden Abdruckes des Prüfkörpers (Vickers, Knoop, Brinell), die Eindringtiefe (Rockwell, Super Rockwell) oder der Kraft-Weg-Verlauf (Mikrohärteprüfung, Nanoindentation).
METALLOGRAPHIE
Die Metallographie dient der qualitativen und quantitativen Beschreibung des Gefüges metallischer Werkstoffe mit Hilfe mikroskopischer Verfahren. Für metallographische Untersuchungen werden Schliffe von metallischen Proben hergestellt und anschließend geätzt. An diesen werden dann mittels Lichtmikroskopie (LiMi) oder Rasterelektronenmikroskop (REM) die Gefügestrukturen untersucht und Merkmale wie Phasenanteile, Korngrößen, Korngrößenverteilung, Partikelgrößen und Ausscheidungen bestimmt.
SCHADENSANALYSE
Die Schadensanalyse hat die Ermittlung der Ursachen für das Versagen von Bauteilen zum Ziel. Dabei werden verschiedene Analysetechniken eingesetzt, um den Schadensfall zu untersuchen und die primäre Schadensursache zu ermitteln. Die primäre Schadensursache wird auch als Initialursache bezeichnet, die häufig zu weiteren Schäden führt, die je doch nur Folgeschäden darstellen. Erst durch die Ermittlung dieser sogenannten Root Cause (Wurzel allen Übels) ist die Ableitung von Abhilfemaßnahmen möglich.
Wozu dienen tribologische Untersuchungen?
- Reduktion von Verschleiß: Durch die Untersuchung von Materialpaarungen und deren Verhalten unter Belastung können Materialien und Beschichtungen entwickelt werden, die weniger verschleißen und somit länger halten.
- Optimierung der Schmierung: Schmierstoffe spielen eine entscheidende Rolle in der Tribologie. Untersuchungen helfen dabei, die richtigen Schmierstoffe für spezifische Anwendungen zu finden, um Reibung und Verschleiß zu minimieren.
- Erhöhung der Energieeffizienz: Reibungsverluste führen zu einem höheren Energieverbrauch. Durch die Optimierung tribologischer Systeme kann der Energiebedarf von Maschinen und Geräten gesenkt werden.
- Verbesserung der Oberflächenstruktur: Die Oberflächenbeschaffenheit hat einen großen Einfluss auf Reibung und Verschleiß. Tribologische Untersuchungen ermöglichen es, Oberflächen so zu gestalten, dass sie den spezifischen Anforderungen besser entsprechen.
- Vermeidung von Bauteilversagen: Verschleiß und Reibung können zum Ausfall von Bauteilen führen. Durch tribologische Untersuchungen können potenzielle Probleme frühzeitig erkannt und Lösungen entwickelt werden.